草地貪夜蛾室內(nèi)種群抗寒能力測定

張智 鄭喬 張?jiān)苹? 劉杰 殷新田 湯清波 李靜 袁源 李祥瑞 朱勛

摘要 ：為明確草地貪夜蛾的過冷卻點(diǎn)和結(jié)冰點(diǎn)，為判斷草地貪夜蛾抗寒能力提供依據(jù)，本研究利用過冷卻點(diǎn)測定儀對草地貪夜蛾不同蟲態(tài)的過冷卻點(diǎn)和結(jié)冰點(diǎn)進(jìn)行了測定，并對其頻次分布進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：草地貪夜蛾的過冷卻點(diǎn)（df=834，F(xiàn)=430.26，P<0.01）和結(jié)冰點(diǎn)（df=834，F(xiàn)=891.71，P<0.01）在各蟲態(tài)之間存在極顯著差異，其中卵的過冷卻點(diǎn)和結(jié)冰點(diǎn)最低，分別為（-25.45±0.25）℃和（-24.70±0.25）℃，顯著低于其他蟲態(tài)。6齡幼蟲的過冷卻點(diǎn)和結(jié)冰點(diǎn)最高，分別為（-7.35±0.14）℃和（-2.07±0.11）℃;過冷卻點(diǎn)由低到高順序?yàn)椋郝?1齡幼蟲<3日齡蛹<2齡幼蟲<1日齡成蟲<3齡幼蟲<4齡幼蟲<5齡幼蟲<預(yù)蛹<6齡幼蟲。結(jié)冰點(diǎn)的變化趨勢和過冷卻點(diǎn)相似，由低到高的順序?yàn)椋郝?1 齡幼蟲<2 齡幼蟲<3日齡蛹<3 齡幼蟲<1日齡成蟲<4齡幼蟲<預(yù)蛹<5齡幼蟲<6齡幼蟲;幼蟲期，過冷卻點(diǎn)和結(jié)冰點(diǎn)隨齡期增加而逐漸升高。同一蟲態(tài)個體間的過冷卻點(diǎn)和結(jié)冰點(diǎn)頻次分布存在不同程度的變異。雌雄成蟲過冷卻點(diǎn)之間沒有顯著差異，雌成蟲結(jié)冰點(diǎn)顯著低于雄成蟲。本研究結(jié)果初步表明草地貪夜蛾具有較強(qiáng)的抗寒能力，該結(jié)論為草地貪夜蛾越冬區(qū)劃分和監(jiān)測預(yù)警提供了科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞 ：草地貪夜蛾;?抗寒性;?過冷卻點(diǎn);?結(jié)冰點(diǎn)

中圖分類號：

S 433.4

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：?A

DOI：?10.16688/j.zwbh.2019430

Cold hardiness of laboratory populations of Spodoptera frugiperda

ZHANG Zhi1，2，?ZHENG Qiao1，3，?ZHANG Yunhui1，?LIU Jie4，?YIN Xintian1，

TANG Qingbo5，?LI Jing3，?YUAN Yuan1，5，?LI Xiangrui1，?ZHU Xun1

（1. Institute of Plant Protection， Chinese Academy of Agricultural Sciences， Beijing?100193， China; 2. Beijing Plant

Protection Station， Beijing?100029， China; 3. Hebei Agricultural University， Baoding?071001， China; 4. National

Agro?Tech Extension and Service Centre， Beijing?100125， China; 5. Henan Agricultural University， Zhengzhou?450002， China）

Abstract

In order to clarify the cold resistance， and provide technical support for monitoring and early warning of fall armyworm （FAW）（Spodoptera frugiperda）， the supercooling points and freezing points of all stages of FAW were measured using a thermocouple. It showed that the supercooling points and freezing points were significantly different among adult， egg， larva and pupa and the egg was of the lowest value， （-25.45±0.25）℃ and （-24.70±0.25）℃ respectively for supercooling point and freezing point. The 6th instar larvae showed the highest value， （-7.35±0.14）℃ for supercooling point and （-2.07±0.11）℃ for freezing point. The supercooling points from lowest to highest was egg<1st instar larva<3 days?old pupa<2nd instar larva<1 day?old adult<3rd instar larva<4th instar larva<5th instar larva

Key words

Spodoptera frugiperda;?cold hardiness;?supercooling points;?freezing points

草地貪夜蛾Spodoptera frugiperda（J. E. Smith）（也稱秋黏蟲 fall armyworm）隸屬于鱗翅目Lepidoptera夜蛾科Noctuidae，是聯(lián)合國糧農(nóng)組織全球預(yù)警的重大遷飛性農(nóng)業(yè)害蟲。草地貪夜蛾起源于美洲大陸，現(xiàn)已擴(kuò)散至全球100多個國家，具有適生性強(qiáng)、遷飛距離遠(yuǎn)、繁殖快、食性雜、為害隱蔽、防控難度大等諸多特點(diǎn)[12]。2019年1月，草地貪夜蛾首次入侵我國云南省普洱市江城縣，之后快速向我國糧食主產(chǎn)區(qū)擴(kuò)散，其發(fā)展速度之快、波及范圍之廣非常罕見。截至8月17日，草地貪夜蛾在我國24個省份的1 366個縣（市、區(qū)）發(fā)生，全國發(fā)生面積達(dá)95.4萬hm2，并呈現(xiàn)繼續(xù)北擴(kuò)態(tài)勢，新增發(fā)生區(qū)域呈條帶狀分布[3]。

昆蟲是一種變溫動物，環(huán)境溫度變化會引發(fā)新陳代謝等一系列生理生化反應(yīng)。昆蟲對溫度變化的響應(yīng)分為抗寒能力和高溫耐受能力，它們決定著昆蟲的分布與生活策略，是種群存在與發(fā)展的重要前提[45]。過冷卻點(diǎn)（supercooling point，SCP）是評價昆蟲抗寒能力高低的一種重要指標(biāo)[67]。對褐飛虱、小地老虎、棉鈴蟲等害蟲的抗寒能力研究表明，明確其耐寒性對確定其分布范圍、越冬界限和發(fā)生趨勢等都起著至關(guān)重要的作用[810]。研究資料表明，在美國，草地貪夜蛾只在德克薩斯州和佛羅里達(dá)州的南部地區(qū)越冬，并且各蟲態(tài)在0℃以下均無法長時間存活[1112]。目前，草地貪夜蛾作為新入侵我國的重大遷飛性害蟲，其在國內(nèi)的抗寒能力、越冬界限等仍是空白。本研究通過測定草地貪夜蛾各蟲態(tài)的過冷卻點(diǎn)和結(jié)冰點(diǎn)，初步明確其抗寒能力，以期為今后研究草地貪夜蛾在我國的潛在分布和相關(guān)預(yù)測預(yù)報提供基礎(chǔ)生物學(xué)依據(jù)。

1?材料與方法

1.1?供試蟲源

草地貪夜蛾蟲源為采自云南省普洱市江城縣（109°39′3″E， 22°40′53″N）冬玉米田的高齡幼蟲，化蛹、羽化后用5%的蜂蜜水飼養(yǎng)，收集卵塊在室內(nèi)用新鮮玉米葉飼養(yǎng)繁殖1代。本次試驗(yàn)供試蟲源為F3代種群，蟲態(tài)包括卵、各齡期幼蟲、預(yù)蛹、蛹（3日齡）和雌雄成蟲（1日齡）等。飼養(yǎng)條件為溫度（24±l）℃，濕度70%±5%、光周期L∥D=14 h∥10 h、光照強(qiáng)度18 000 lx。

1.2?試驗(yàn)儀器

高低溫交變試驗(yàn)箱GDW?150B（-40～150℃）由北京切克試驗(yàn)設(shè)備有限公司生產(chǎn)，降溫速度1℃/min，本試驗(yàn)最低溫度設(shè)置為-30℃。SUN?Ⅴ型智能過冷卻點(diǎn)測定儀及配套軟件由鵬程電子有限公司研發(fā)，40通路，數(shù)據(jù)精度為0.1℃，5 s記錄1次蟲體溫度變化，該儀器自動采集并以txt格式存儲數(shù)據(jù)，可用配套軟件實(shí)時繪制蟲體溫度變化曲線。

1.3?測定方法

測定前，從各蟲態(tài)草地貪夜蛾中隨機(jī)選取發(fā)育一致個體放入4℃冰箱10 h，取出后室溫恢復(fù)2 h以待測定。每蟲態(tài)測定60頭以上。測定準(zhǔn)備工作分兩類，卵和1～2齡幼蟲為第一類，3齡以上幼蟲、預(yù)蛹、蛹和成蟲為第二類。卵和1～2齡幼蟲，單?；騿晤^放置在寬4.5 cm、長6 cm的保鮮膜上，將過冷卻點(diǎn)測定儀的熱敏電阻感溫探頭與蟲體充分接觸后用保鮮膜把蟲體與探頭包好，并檢查兩者是否充分接觸;3齡以上幼蟲、蛹和成蟲置于1 mL離心管中，將熱敏電阻感溫探頭插入離心管使探頭與蟲體充分接觸。準(zhǔn)備工作完成后將其置于高低溫試驗(yàn)箱進(jìn)行測試，當(dāng)溫度降到一定值時，昆蟲體液開始結(jié)冰，此時的溫度即為過冷卻點(diǎn)，蟲體結(jié)冰后釋放出熱量，在溫度變化曲線上顯示為跳躍峰值，峰值即為結(jié)冰點(diǎn)[5]。

1.4?數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)分析軟件為IBM SPSS Statistics 19.0 for Windows。描述性統(tǒng)計分析主要計算了過冷卻點(diǎn)和結(jié)冰點(diǎn)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)誤差，利用單樣本 Kolmogorov?Smirnov 法檢驗(yàn)不同蟲態(tài)過冷卻點(diǎn)和結(jié)冰點(diǎn)的頻次分布特征。利用單因素方差分析（ANOVA）檢驗(yàn)了不同蟲態(tài)對過冷卻點(diǎn)和結(jié)冰點(diǎn)的影響，并采用Duncan氏新復(fù)極差法進(jìn)行了多重比較。分析性別對過冷卻點(diǎn)和結(jié)冰點(diǎn)的影響或比較兩種蟲態(tài)之間冷卻點(diǎn)或結(jié)冰點(diǎn)的差異時采用t檢驗(yàn)。

2?結(jié)果與分析

2.1?不同蟲態(tài)的過冷卻點(diǎn)

草地貪夜蛾的過冷卻點(diǎn)在不同蟲態(tài)之間存在極顯著差異（df=834，F(xiàn)=430.26，P<0.01）（表1）。過冷卻點(diǎn)由低到高的順序依次為：卵<1齡幼蟲<3日齡蛹<2齡幼蟲<1日齡成蟲<3齡幼蟲<4齡幼蟲<5齡幼蟲<預(yù)蛹<6齡幼蟲。卵的過冷卻點(diǎn)最低，為（-25.45±0.25）℃，其次為1齡幼蟲，為（-19.02±0.41）℃。3日齡蛹和2齡幼蟲的過冷卻點(diǎn)也較低，分別為 （-17.23±0.27）℃和（-16.70±0.41）℃，但之間差異不顯著（df=139，t=-1.11，P=0.27）。4齡幼蟲、5齡幼蟲和預(yù)蛹的過冷卻點(diǎn)比較接近，6齡幼蟲過冷卻點(diǎn)最高，達(dá)（-7.35±0.14）℃（表1）。在幼蟲階段，隨著齡期的增加過冷卻點(diǎn)也逐漸升高（表1）。達(dá)到預(yù)蛹階段，過冷卻點(diǎn)開始降低。進(jìn)入蛹期，過冷卻點(diǎn)進(jìn)一步降低。成蟲羽化后，過冷卻點(diǎn)開始略微升高。預(yù)蛹、3日齡蛹和1日齡成蟲的過冷卻點(diǎn)之間存在極顯著差異（df=297，F(xiàn)=170.65，P<0.01）。

2.2?不同蟲態(tài)的結(jié)冰點(diǎn)

草地貪夜蛾的結(jié)冰點(diǎn)在各蟲態(tài)之間存在極顯著差異（df=834，F(xiàn)=891.71，P<0.01）（表1）。各蟲態(tài)結(jié)冰點(diǎn)由低到高的順序依次為： 卵<1 齡幼蟲<2 齡幼蟲<3日齡蛹<3 齡幼蟲<1日齡成蟲<4齡幼蟲<預(yù)蛹<5齡幼蟲<6齡幼蟲。卵的結(jié)冰點(diǎn)最低，為（-24.70±0.25）℃，6齡幼蟲的結(jié)冰點(diǎn)最高，為（-2.07±0.11）℃，個體的極差值可達(dá)27.26℃。幼蟲階段，結(jié)冰點(diǎn)隨著齡期的增加逐漸升高，最高可達(dá)-0.37℃。進(jìn)入化蛹階段后，結(jié)冰點(diǎn)的變化趨勢與過冷卻點(diǎn)類似，也為先降低再升高。預(yù)蛹、3日齡蛹和1日齡成蟲的結(jié)冰點(diǎn)之間存在極顯著差異（df=297，F(xiàn)=169.56，P<0.01）。

2.3?不同蟲態(tài)過冷卻點(diǎn)和結(jié)冰點(diǎn)的頻次分布

草地貪夜蛾各蟲態(tài)個體的過冷卻點(diǎn)存在不同程度變異（圖1），其分布范圍具有一定寬度。過冷卻點(diǎn)最低值為卵期-28.44℃，最高值出現(xiàn)在6齡幼蟲，為-3.25℃。1齡幼蟲的過冷卻點(diǎn)分布范圍最寬為-10.03～-24.7℃，4齡幼蟲的過冷卻點(diǎn)分布范圍最小為-6.45～-12.73℃。過冷卻點(diǎn)分布寬度范圍由大到小依次為：1齡幼蟲（14.67℃）>2齡幼蟲（14.32℃）>1日齡成蟲（14.08℃）>預(yù)蛹（12.32℃）>卵（10.42℃）>3日齡蛹（9.08℃）>3齡幼蟲（8.14℃）>5齡幼蟲（7.73℃）>6齡幼蟲（6.89℃）>4齡幼蟲（6.28℃）。除卵的過冷卻點(diǎn)頻次不符合正態(tài)分布以外（P<0.01），其余各蟲態(tài)過冷卻點(diǎn)頻次均服從正態(tài)分布（P >0.05）。

草地貪夜蛾各蟲態(tài)個體的結(jié)冰點(diǎn)和過冷卻點(diǎn)相似，也存在不同程度變異（圖2），冰點(diǎn)最低值為卵期-27.63℃，最高值為預(yù)蛹期-0.37℃。3日齡蛹的結(jié)冰點(diǎn)分布范圍最寬為-3.85～-20.37℃，6齡幼蟲結(jié)冰點(diǎn)分布范圍最小為-0.92～-6.66℃。具體寬度范圍由大到小為：3日齡蛹（16.52℃）>1齡幼蟲（15.23℃）>2齡幼蟲（14.55℃）>3齡幼蟲（11.3℃）>4齡幼蟲（10.66℃）>1日齡成蟲（10.40℃）>卵（10.35℃）>5齡幼蟲（9.21℃）>預(yù)蛹（8.60℃）>6齡幼蟲（5.74℃）。卵、5齡幼蟲、6齡幼蟲、預(yù)蛹的結(jié)冰點(diǎn)頻次不符合正態(tài)分布（P<0.05），其余蟲態(tài)結(jié)冰點(diǎn)頻次均服從正態(tài)分布（P>0.05）。

2.4?雌雄成蟲的過冷卻點(diǎn)和結(jié)冰點(diǎn)

雌成蟲過冷卻點(diǎn)為（-15.11±0.45）℃，雄成蟲的過冷卻點(diǎn)（-14.93±0.44）℃，兩者之間差異不顯著（df=125.29，t=-0.29，P=0.773）。雌成蟲結(jié)冰點(diǎn)為（-6.19±0.23）℃，雄成蟲的結(jié)冰點(diǎn)為（-5.46±0.19）℃，兩者之間差異顯著（df=126，t=-0.2.37，P=0.02<0.05）。

3?討論

過冷卻點(diǎn)代表昆蟲能夠存活的生理低溫下限，是反映昆蟲越冬抗寒性的一個主要指標(biāo)。過冷卻點(diǎn)越低，昆蟲抗寒性越強(qiáng)[13]。本文對草地貪夜蛾各蟲態(tài)的抗寒性測試結(jié)果顯示卵的過冷卻點(diǎn)和結(jié)冰點(diǎn)最低，其次為蛹和成蟲，幼蟲隨著齡期的增長過冷卻點(diǎn)逐漸升高，雌雄成蟲過冷卻點(diǎn)之間差異不顯著，但雌成蟲結(jié)冰點(diǎn)顯著低于雄成蟲。何莉梅等對草地貪夜蛾的發(fā)育起點(diǎn)溫度、有效積溫和發(fā)育歷期等指標(biāo)測定結(jié)果顯示卵和1齡幼蟲的發(fā)育起點(diǎn)溫度較低，說明卵和1齡幼蟲對溫度的適應(yīng)能力更強(qiáng)[14]。對于非滯育狀態(tài)的昆蟲，主觀印象認(rèn)為其抗寒能力較低，本文的研究結(jié)果顯示卵和1齡幼蟲的過冷卻點(diǎn)（-25.45±0.25）℃、（-19.02±0.41）℃，比甜菜夜蛾卵和1齡幼蟲的過冷卻點(diǎn)（-14.60±1.80）℃、（-15.86±1.43）℃[13，15]和小地老虎的卵和1齡幼蟲過冷卻點(diǎn)-9.5℃和-8.8℃[9]明顯偏低。蛹的過冷卻點(diǎn)為（-17.23±0.27）℃比黏蟲的（-15.07±0.561）℃[16]、甜菜夜蛾（-15.55±1.13）℃[13，15]、勞氏黏蟲（-16.20±0.57）℃[17]偏低，比滯育狀態(tài)下的草地螟幼蟲（-25.82±0.26）℃、旋幽夜蛾蛹（-23.67±2.63）℃[1819]偏高。上述研究結(jié)果表明草地貪夜蛾可能比非滯育且遷飛的其他昆蟲如小地老虎、甜菜夜蛾、黏蟲等具有更強(qiáng)的耐寒能力。

本文對草地貪夜蛾的過冷卻點(diǎn)測定發(fā)現(xiàn)同一發(fā)育階段個體的過冷卻點(diǎn)有一定的變異，除卵以外，其余蟲態(tài)的過冷卻點(diǎn)頻次分布均符合正態(tài)分布，結(jié)冰點(diǎn)的頻次分布除卵、5齡幼蟲、6齡幼蟲、預(yù)蛹外，其余各蟲態(tài)冰點(diǎn)頻次均符合正態(tài)分布。頻次分布表明，同一發(fā)育階段的不同個體之間耐寒性存在差異。Klok和Chown認(rèn)為這種差異現(xiàn)象是變溫動物的一種適應(yīng)策略，在遭受突如其來的寒冷天氣時，抗逆性強(qiáng)的個體也能存活下來[20]。另外，影響昆蟲過冷卻點(diǎn)和結(jié)冰點(diǎn)測定結(jié)果的因素有很多，如不同地理種群、不同季節(jié)的蟲源、昆蟲本身的生長發(fā)育狀況、室內(nèi)和野外種群、不同取食狀態(tài)以及不同測定方法等都會影響其測定結(jié)果[15]。根據(jù)對其他昆蟲的研究結(jié)果，草地貪夜蛾的抗寒力和越冬區(qū)的劃分，除測定其過冷卻點(diǎn)和結(jié)冰點(diǎn)外，還應(yīng)結(jié)合潛在越冬區(qū)的實(shí)際蟲情普查、寄主調(diào)查、田間籠罩試驗(yàn)及氣候條件等因素進(jìn)行綜合分析，獲得該蟲在不同環(huán)境因子下發(fā)生為害規(guī)律等科學(xué)數(shù)據(jù)，以便今后更加全面系統(tǒng)地了解草地貪夜蛾的抗寒能力，為其越冬區(qū)劃分和預(yù)測預(yù)報等提供更全面可靠的數(shù)據(jù)支持。

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（責(zé)任編輯：楊明麗）